CN108421282A - 一种异位土壤淋洗固液分离装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异位土壤淋洗固液分离工艺。该工艺以加载絮凝为核心，产生的絮体结构紧密，空隙水含量小，沉速快，均匀性性好，适用于异位土壤淋洗混合液的固液分离。混合液在压力作用下进入主体设备内的加载絮凝区进行絮凝，随后絮体进入沉淀区和污泥浓缩区，污泥经浓缩后排放，经后续脱水工艺处理后回填。清水进入澄清区和斜板区经孔口集水渠和集水槽出水，出水外排或循环使用。工艺运行时，絮凝区出水口附近的悬浮层，能够去除小絮体及部分可溶性有机质；本工艺将加载絮凝、沉淀、澄清、污泥浓缩等诸多工艺单元集于一体，提高了主体设备的集成度；本发明自动化程度高，应用范围广，基建投资和运行成本低，占地面积小，操作简单。

Description

一种异位土壤淋洗固液分离装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种适用于异位土壤淋洗的固液分离装置，用于土壤淋洗罐中混合液的固液分离，尤其涉及以高效固液分离工艺为核心，实现高效稳定的分离效果，可广泛应用于受重金属、半挥发性有机物、难挥发性有机物等污染物污染的土壤修复场地淋洗罐混合液的固液分离。

背景技术

异位土壤淋洗技术是采用物理分离或淋洗等手段，通过添加水或合适的淋洗液，分离重污染土壤组分或使污染物从土壤相转移到液相的技术。异位土壤淋洗工艺由于其修复速度快、效果好、适用范围广、费用相对低廉、易实现等优点，近年来得到广泛关注。淋洗完成后需对混合液进行固液分离，上清液外排或循环使用，污泥脱水后回填。目前，常用的异位土壤淋洗固液分离工艺有罐内静置法、过滤式固液分离法、离心式固液分离法等。

罐内静置法是指土壤在淋洗罐内经过充分洗脱后停止搅拌，在淋洗罐内静置2h或更长时间，土壤粘粒和淋洗液自然分层后，上清液通过分层排放管道进入淋洗液存放箱进行循环使用，下部粘粒则通过淋洗罐底部管道输送到泥水分离系统，此工艺成本低廉，操作简单，但混合液在罐内停留时间过长，严重影响土壤修复效率，并且污泥含水率高，增大了后续脱水工艺的能耗；过滤式固液分离法是让混合液通过某多孔性材质，在外力的作用下，液体流过多孔材质，而固体颗粒被拦截，进而达到固液分离的目的，常用的设备有板框压滤机、带式脱水机、螺旋脱水机等，这些固液分离设备，结构简单，操作方便，保养方便，所得的固体含水量低，但它不能连续运转，容易堵塞滤布，占地面积大，需要人工操作，自动化程度低；离心式固液分离方法是利用固液离心力之差使相互分离，实现固液分离的目的，常用的离心固液分离设备是离心脱水机，离心脱水机单机处理量较大，可达50m3/h以上，是带式脱水机的数倍，较适用于大型处理情况，但耗电量大，相对处理效率低。

普通絮凝沉淀法也常用于异位土壤淋洗的固液分离。普通混凝沉淀法是通过絮凝剂的作用使混合液中的悬浮微粒脱离，胶粒物相互凝聚使相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体、矾花。絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀。但在普通絮凝过程中，各种尺度的颗粒随机碰撞合并，结成松散网状结构，空隙含水率大，絮体沉速小，沉降性能差，导致该工艺停留时间长，构筑物占地面积大，处理效果不稳定。

加载絮凝工艺是近年来发展起来的一种高效新型固液分离工艺。该工艺絮凝区内，在上升水流和机械搅拌的联合作用下，絮体颗粒受到水流剪切力、颗粒间的摩擦力、挤压力等外力的作用，随机附着在絮体表面的絮体颗粒在这些外力作用下被动地移向最佳附着点或脱落后重新附着，大大降低了絮体粒子附着的随机性，使絮体的成长过程始终处于一种被动的有序、规则成长状态，形成结构密实的球形絮凝体。加载絮凝工艺产生的絮体结构紧密，空隙水含量小，沉速快，均匀性性好，抗剪切能力强，污泥含水率低，适用于异位土壤淋洗混合液的固液分离。

综上所述，对于异位土壤淋洗固液分离工艺，迄今为止还没有既能达到满意处理效果，又能保持较长工作周期，工艺简单、占地面积小、操作运行方便、成本低廉的处理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种异位土壤淋洗固液分离装置与工艺，该工艺以加载絮凝为核心，通过絮凝剂和助凝剂的压缩双电层、电性中和、吸附架桥、卷网扫捕作用，使混合液中的分散相土壤微粒聚集成团，形成小絮体，进入反应罐后，经过加载絮凝作用，使絮体继续聚合增大，形成结构紧密、沉降速度快的球状絮体。球状絮体进入沉淀区沉淀，最后进入污泥浓缩区浓缩。浓缩后的污泥由排泥管排放，经过后续脱水工艺处理后回填。清水上流经过澄清区后进入斜管区，而后进入集水渠、集水槽，最后经出水管外排或循环使用。本工艺将加载絮凝与固液分离集于一体，设备集成度度高，具备高效稳定的处理效果。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

本异位土壤淋洗固液分离工艺，包括主体设备、管路系统和自控系统，其中主体设备部分为设备上体和内外筒，外筒分为澄清区、沉淀区及污泥浓缩区三部分。设备上体设有斜管区，斜管区位于澄清区上部，设有一定高度的斜管，缩短了清水中微小絮体的沉降距离和沉淀时间，提高了处理能力。斜管区之上设有孔口集水渠，保证出水均匀稳定。工艺运行时，絮体在重力和上升水力作用下会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，悬浮层泥水分界面至污泥浓缩区之间为沉淀区，絮体在沉淀区内进行絮凝沉淀及拥挤沉淀。外筒的椎体部分为污泥浓缩区，絮体沉降进入污泥浓缩区，浓缩后排出主体设备，浓缩区内设有刮泥桨，由设备底部的刮泥减速电机带动缓慢旋转进行刮泥，浓缩后的污泥由排泥管排放，经过后续脱水工艺处理后回填；内筒为加载絮凝区，设有进水管及絮凝搅拌器，搅拌器以设置于设备顶部的减速电机带动旋转，由底部轴座固定并支撑；内筒和外筒由若干肋板焊接固定。管路系统包括由混合液进水管、排泥管、出水管、加药管及附设与其上的阀门仪表组成，其中，进水管与内筒相连通，设有电动调节阀和电磁流量计，用以调节进水流量；排泥管与设备椎体下端连通，并设有气动蝶阀进行开关操作；出水管与集水槽连通。絮凝剂加药口设于静态混合器之前，助凝剂加药点设于罐体近端，加药系统由加药计量泵、加药管、阻尼器、止回阀等组成。

优选的，在提升泵后和絮凝剂加药点后设有静态混合器，通过静态混合器作用使混合液与絮凝剂充分混合，使土壤微粒凝聚，形成小絮体，为理想的初始粒子的形成作保证。

优选的，搅拌桨由设备上端的减速电机带动旋转，下端由轴座固定支撑，桨片总面积占内筒纵向截面积的10％～25％，结合转速和满足加载絮凝的G值来设计桨片尺寸。运行过程中通过调节减速电机转速，使加载絮凝搅拌条件最优。

优选的，工艺运行时，絮体在重力和上升水流冲击力作用下，会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，悬浮层内絮体具有自加载絮凝作用，可粘附、捕捉水中的微絮体颗粒。此外，悬浮层对混合液中的溶解性有机质有一定的去除作用。

优选的，澄清区之上设置斜管区，提高了固液分离器的处理能力，缩短了颗粒沉降距离和沉淀时间，增加了沉淀面积，处理效率显著增大。

优选的，斜管区上端设有若干条孔口集水渠，保证出水均匀稳定。

优选的，自控系统信号输入单元包括位于混合液进水管上电磁流量计、位于罐体内部的液位传感器、位于出水管上的浊度仪；信号输出控制单元包括位于混合液进水管上的提升泵和电动调节阀、位于排泥管的气动蝶阀、位于设备顶部的搅拌减速电机、位于设备底部的刮泥减速电机、进水管路上的加药泵和位于PLC系统内的接线切换系统。

由以上方案可见，本发明是一种以加载絮凝为核心的异位土壤淋洗固液分离工艺，可广泛应用于受重金属、半挥发性有机物、难挥发性有机物等污染物污染的土壤修复场地淋洗罐混合液的固液分离。与传统处理工艺相比，具有如下优势：

1、工艺以加载絮凝工艺为核心，作为一种可控的絮凝技术，其形成的絮体具有均匀性好、絮体密度大、球型度高、沉降速度快等特点，大大提高了絮体的沉降性，大幅度提高了处理效率；

2、由于本工艺产生的絮体孔隙含水率低，其絮体经浓缩后的污泥含水率远低于普通絮凝工艺，大幅度降低了后续污泥脱水工艺的功耗，处理效率得到了显著的提高；

3、采用上向流反应器，将加载絮凝、沉淀、澄清和污泥浓缩工艺集成于同一反应器，实现了絮凝和固液分离的一体化，提高了工艺的集成度，减少占地面积；

4、设备上部设有斜管区，提高了固液分离器的处理能力，缩短了颗粒沉降距离和沉淀时间，增加了沉淀面积，处理效率显著增大；

5、工艺运行过程中，只需投加絮凝剂和助凝剂这些较为廉价的药剂，运行成本低，经济性好；

附图说明

图1为异位土壤淋洗固液分离工艺示意图。

图1中：a加载絮凝区；b斜管区；c澄清区；d沉淀区；e污泥浓缩区；1淋洗罐；2混合液进水管；3提升泵；4絮凝剂加药泵；5絮凝剂加药管；6静态混合器；7电动调节阀；8电磁流量计；9助凝剂加药泵；10助凝剂加药管；11内筒底板；12轴承及轴承座；13搅拌器；14内筒；15外筒；16设备上体；17斜管；18穿斜管套管；19孔口集水渠；20孔口；21集水槽；22盖板；23电机支架；24搅拌减速电机；25出水管；26外筒底板；27刮泥桨；28排泥管；29气动蝶阀；30刮泥减速电机；31肋板；32浊度仪；33液位传感器。

图2为高效固液分离器A-A剖面图，其展示了孔口集水渠的分布。

图2中：19孔口集水渠；20孔口。

图3为高效固液分离器B-B剖面图和C-C剖面图，分别展示了设备上体以及内外筒的结合方式。

图3中：2混合液进水管；10助凝剂加药管；12轴承及轴承座；14内筒；15外筒；16设备上体；17斜管；21集水槽；25出水管。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

参阅图1，本发明包括主体设备、附属管道及阀门系统和计控系统。主体设备为高效固液分离器，外围结构由内筒体14、外筒体15、设备上体16、顶盖22及内外筒的底板11、26构成。

参阅图1，对工艺流程进行说明。

土壤在淋洗罐1经淋洗液搅拌淋洗后形成混合液，混合液经提升水泵3加压后，由进水管2经絮凝剂加药管5、静态混合器6、电动调节阀7、流量计8及助凝剂加药管10进入高效固液分离器加载絮凝区a，该区域由内筒体14、内筒底板11、搅拌器13及轴承座12构成，搅拌器13由设备上端的减速电机24带动搅拌。混合液经加载絮凝作用，产生大量尺度较大的球状絮体，这些絮体具有密度大、孔隙含水率低、沉降速度快等优点。絮体在重力和上升水流冲击力作用下，在絮凝区出水口附近形成悬浮层。悬浮层泥水分界面下部为沉淀区d，较大的絮体从絮凝区a出来后直接沉降，而较小的絮体被悬浮层截留，在悬浮层中聚合碰撞，进行接触絮凝，成长为大絮体后沉降，絮凝区a新产生的絮体又继续对悬浮层进行补充。絮体经过沉淀区d后最后进入设备下端的污泥浓缩区e，进行压缩沉淀，从而减小污泥含水率及污泥体积。由于加载絮凝使产生的絮体孔隙含水率较低，在浓缩区浓缩后的污泥含水率远低于普通絮凝工艺。浓缩区内设有刮泥桨27，由设备底部的刮泥减速电机30带动缓慢旋转进行刮泥。浓缩后的污泥由排泥管28排放，经过后续脱水工艺处理后回填。悬浮层泥水分界面上部为澄清区c，混合液经过加载絮凝区a后，絮体进入沉淀区d，清水进入澄清区c。在澄清区c中一些未被悬浮层截留的絮体碰撞聚合重新长成大絮体后回落。而后清水进入斜管区b，清水中未沉降的微小絮体沉淀于斜管17表面，缩短了颗粒沉降距离和沉淀时间，增加了沉淀面积。清水经斜管区b后由孔口20均匀分配后进入孔口集水渠19，最后流入集水槽21，经出水管25外排或循环使用。出水管25中设有浊度仪32，可随时检测出水浊度。

继续参阅图1，对设备排泥过程进行说明。

反应器工作一段时间后，出水管浊度仪32检测的浊度达到预设值时，需进行排泥，此时排泥管28上的气动蝶阀29自动开启进行排泥。排泥过程中不影响加载絮凝区的正常运行，高效固液分离器正常进水，减速电机24正常运行。当高效固液分离器内水位到达液位传感器33位置时，气动蝶阀29关闭，排泥结束。排泥过程实现全自动化，无需现场工作人员操作。

继续参阅图1，对自控系统的运行进行说明。

自控系统信号输入单元包括位于混合液进水管上电磁流量计8、位于罐体内部的液位传感器33、位于出水管上的浊度仪32；信号输出控制单元包括位于混合液进水管上的提升泵3和电动调节阀7、位于排泥管的气动蝶阀29、位于设备顶部的搅拌减速电机24、位于设备底部的刮泥减速电机30、进水管路上的加药泵4、9。正常运行工况下，进水电动调节阀5处于常开状态，搅拌减速电机24和刮泥减速电机30处于常开状态，排泥气动蝶阀29处于常闭状态。当出水管浊度仪32检测的浊度达到预设值时，排泥气动蝶阀29开启，当水位下降至液传感器33时，液位传感器33响应，排泥管28上的气动蝶阀29关闭，结束排泥。

参阅图1和图2，对孔口和孔口集水渠的分布进行说明。

孔口集水渠19的分布方式如图2所示，孔口集水渠19均布于斜管区b上方。孔口19的分布方式如图1、图2所示，均布于孔口集水渠19两侧并且各孔口20高度一致。孔口19和孔口集水渠20的上述分布方式最大限度的保证了配水的均匀。

参阅图1和图3中B-B剖面图对设备上体进行说明。

如图1和图3中B-B剖面图所示，设备上体16呈矩形，设备上体16内按预设角度均布了一定高度的斜管17，斜管17一侧设有集水槽21，集水槽21靠近斜管17的一侧角度与其相同。斜管17上方设有若干条孔口集水渠19，孔口集水渠19一端与设备上体16内壁相连，另一侧与集水槽21相连。

参阅图1和图3中C-C剖面图，对内外筒的结合方式进行说明。

肋板31的安装位置如图1和图3中C-C剖面图所示。肋板31一端满焊于外筒壁上，另一端满焊于内筒壁上，肋板31分上下两组，每组各四个，呈90°安装。上肋板为矩形，下肋板为图1中所示的多边形，保证内筒底板11能与下肋板焊接在一起，对内筒14起一定的支撑作用。高效固液分离器运行时与混合接触的部分都须做防腐处理，防止混合液对罐体腐蚀，影响设备使用寿命。

本发明以高效固液分离工艺为核心，极大改善了絮体的沉降性能，缩短了停留时间，大幅度降低了污泥含水率，并利用悬浮层内絮体的自加载絮凝作用提高了工艺出水水质。在主体设备中将加载絮凝、澄清、沉淀及污泥浓缩等诸多工艺单元集于一体，对异位土壤淋洗混合液具有高效、稳定的固液分离效果，同时占地面积小，自动化程度高，操作简单，处理成本低。

当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种异位土壤淋洗固液分离装置，包括主体设备、管路系统、自控系统，其特征在于：所述主体设备部分设备上体和内外筒，外筒分为澄清区、沉淀区及污泥浓缩区三部分；设备上体设有斜管区，斜管区位于澄清区上部，设有一定高度的斜管，缩短了清水中微小絮体的沉降距离和沉淀时间，提高了处理能力；斜管区之上设有孔口集水渠，保证出水均匀稳定；工艺运行时，絮体在重力和上升水力作用下会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，悬浮层泥水分界面至污泥浓缩区之间为沉淀区，絮体在沉淀区内进行絮凝沉淀及拥挤沉淀；外筒的椎体部分为污泥浓缩区，絮体沉降进入污泥浓缩区，浓缩后排出主体设备，浓缩区内设有刮泥桨，由设备底部的刮泥减速电机带动缓慢旋转进行刮泥；内筒为加载絮凝区，设有进水管及絮凝搅拌器，搅拌器以设置于设备顶部的减速电机带动旋转，由底部轴座固定并支撑；内筒和外筒由若干肋板焊接固定。主体设备内与混合液接触部分皆做防腐处理；

所述的管路系统包括混合液进水管及混合液进水管上的附属设备、排泥管和出水管；混合液进水管上的附属设备沿水流方向依次为提升泵、絮凝剂加药口、静态混合器、电动调节阀、电磁流量计和助凝剂加药口，混合液进水管进水管与内筒相连通；排泥管与设备椎体下端连通，并设有气动蝶阀进行开关操作；出水管与出水槽连通；

所述的自控系统包括信号输入单元和信号输出单元；信号输入单元包括位于混合液进水管上电磁流量计、位于罐体内部的液位传感器、位于出水管上的浊度仪；信号输出单元包括位于混合液进水管上的提升泵和电动调节阀、位于排泥管的气动蝶阀、位于设备顶部的搅拌减速电机、位于设备底部的刮泥减速电机、进水管路上的加药泵和位于PLC系统内的接线切换系统。

2.根据权利要求1所述的异位土壤淋洗固液分离装置，其特征在于：

所述的加载絮凝工艺为在上升水流和机械搅拌的联合作用下，那些随机附着在絮体表面的絮体颗粒在外力作用下被动地移向最佳附着点或脱落后重新附着，使絮体的成长过程始终处于一种被动的有序、规则成长状态，形成结构密实的球形絮凝体，这些絮体经浓缩区浓缩后形成的污泥含水率远低于普通絮凝工艺；本处理工艺将加载絮凝、澄清、沉淀及污泥浓缩集于一体，对异位土壤淋洗混合液具有高效、稳定的固液分离效果，将所述处理工艺方法简述如下：

土壤在淋洗罐经淋洗液搅拌淋洗后形成混合液，混合液经提升水泵加压后，由进水管经絮凝剂加药管、静态混合器、电动调节阀、流量计及助凝剂加药管进入主体设备加载絮凝区；混合液经加载絮凝作用，产生大量尺度较大的球状絮体，这些絮体具有密度大、孔隙含水率低、沉降速度快等优点，絮体在重力和上升水流冲击力作用下，在絮凝区出水口附近形成悬浮层；较大的絮体从絮凝区出来后直接在沉淀区沉降，而较小的絮体被悬浮层截留，在悬浮层中聚合碰撞，进行接触絮凝，成长为大絮体后沉降，絮凝区新产生的絮体又继续对悬浮层进行补充；絮体经过沉淀区后最后进入设备下端的污泥浓缩区，进行压缩沉淀，从而减小污泥含水率及污泥体积；由于加载絮凝使产生的絮体孔隙含水率较低，在浓缩区浓缩后的污泥含水率远低于普通絮凝工艺；浓缩区内设有刮泥桨，由设备底部的刮泥减速电机带动缓慢旋转进行刮泥，浓缩后的污泥由排泥管排放，经过后续脱水工艺处理后回填；混合液经过加载絮凝区后，絮体进入沉淀区，清水进入澄清区，在澄清区中一些未被悬浮层截留的絮体碰撞聚合重新长成大絮体后回落，而后清水进入斜管区，清水中未沉降的微小絮体沉淀于斜管表面，缩短了颗粒沉降距离和沉淀时间，增加了沉淀面积；清水经斜管区后由孔口均匀分配后进入孔口集水渠，最后流入集水槽，经出水管外排或循环使用；出水管中设有浊度仪，可随时检测出水浊度。

3.根据权利要求2所述的异位土壤淋洗固液分离工艺方法，其特征在于：

所述的静态混合器设在提升泵和絮凝剂加药点之后，通过静态混合器作用使混合液与絮凝剂充分混合，形成小絮体，为理想的初始粒子的形成做保证。

4.根据权利要求2所述的异位土壤淋洗固液分离工艺方法，其特征在于：

所述的主体设备的设备上体设有斜管区，清水中未沉降的微小絮体沉淀于斜管表面，提高了固液分离器的处理能力，缩短了颗粒沉降距离和沉淀时间，增加了沉淀面积，处理效率显著增大。

5.根据权利要求2所述的异位土壤淋洗固液分离工艺方法，其特征在于：

所述的主体设备内，加载絮凝区内搅拌器由设备上端的减速电机带动旋转，下端由轴座固定支撑，桨片总面积占内筒纵向截面积的10％～25％，结合转速和满足结团絮凝的G值来设计桨片尺寸，运行过程中通过调节减速电机转速，使加载絮凝搅拌条件最优。

6.根据权利要求2所述的异位土壤淋洗固液分离工艺方法，其特征在于：

所述的主体设备内，工艺运行时，絮体在重力和上升水力的作用下，会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，悬浮层具有自加载絮凝作用；此外，悬浮层对混合液中的溶解性有机质起到一定的去除作用。

7.根据权利要求2所述的异位土壤淋洗固液分离工艺方法，其特征在于：

所述的主体设备的设备上体内设有孔口集水渠和集水槽，保证出水均匀稳定。